DE19706544A1

DE19706544A1 - Packing for rectification column of air separation plant

Info

Publication number: DE19706544A1
Application number: DE1997106544
Authority: DE
Inventors: Harald Dr Ing Dr Ranke; Johann Dr Ing Dr Ferstl
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 1998-03-26

Abstract

Ordered packing, used in material and heat exchange operations between liquid and gaseous air, in which a number of layers (1, 2), each with regularly defined flow passages, are separated by individual inserts (3). These inserts are perforated by passages that assist the change of direction of flow between adjacent layers.

Description

Die Erfindung betrifft eine geordnete Packung für den Stoff- und Wärmeaustausch zwischen flüssigen und gasförmigen Medien, welche mehrere übereinander angeordnete Packungsschichten aufweist, die eine Vielzahl von regelmäßig angeordneten Strömungskanälen besitzen.The invention relates to an orderly pack for mass and heat exchange between liquid and gaseous media, which are several one above the other arranged packing layers that have a variety of regular have arranged flow channels.

Geordnete Packungen sind in zahlreichen Variationen bekannt. Beispielsweise ist aus der DE-C-41 22 369 eine Packung bekannt, die aus einer Vielzahl im wesentlichen senkrecht stehender, durch Wellungen oder Faltungen profilierter und alternierend angeordneter folien-, platten- oder mattenartiger Elemente besteht. Die Packungen werden um 90° versetzt übereinander angeordnet und besitzen so eine gegenüber der Vertikalen jeweils entgegengesetzte Neigung. Zur Verringerung der gasseitigen Druckverluste beim Übergang zwischen den Packungen verlaufen die Ein- und Auslaufzonen der Packungen vertikal.Ordered packs are known in numerous variations. For example, is off DE-C-41 22 369 discloses a pack consisting essentially of a large number standing vertically, profiled by corrugations or folds and alternating arranged foil, plate or mat-like elements. The packs are offset by 90 ° one above the other and thus have one opposite the Vertical opposite inclinations. To reduce the gas side Pressure losses at the transition between the packs run in and The outlet zones of the packs are vertical.

Die EP-A-0 707 885 betrifft eine geordnete Packung, die in ihrem unteren Bereich einen kleineren Strömungswiderstand für das Gas aufweist als in dem restlichen Packungsbereich. Die Erniedrigung des Gasströmwiderstandes ermöglicht einen höheren Gasdurchsatz durch die Packung bevor der Flutpunkt erreicht wird, d. h. bevor das nach oben strömende Gas das Hinunterfließen der Flüssigkeit verhindert.EP-A-0 707 885 relates to an orderly pack in its lower area has a smaller flow resistance for the gas than in the rest Packing area. The lowering of the gas flow resistance enables one higher gas throughput through the packing before the flood point is reached, d. H. before the gas flowing up prevents the liquid from flowing down.

Neben den gasseitigen Druckverlusten und der Höhe des Flutpunktes ist der Wirkungsgrad einer geordneten Packung bei der Destillation und Rektifikation, oder allgemein beim Wärme- und Stoffaustausch, abhängig von der Gas- und Flüssigkeitsströmung, der Gas- und Flüssigkeitsverteilung und der Flüssigkeitsdurchmischung. Diese Parameter werden insbesondere durch die Verhältnisse an den Übergängen zwischen den einzelnen Packungsschichten einer Packung beeinflußt.In addition to the gas-side pressure losses and the height of the flood point, the Efficiency of an ordered packing in the distillation and rectification, or generally in heat and mass exchange, depending on the gas and Liquid flow, gas and liquid distribution and Liquid mixing. These parameters are particularly affected by the Relationships at the transitions between the individual packing layers Pack affected.

Entscheidend für eine optimal arbeitende Packung ist eine gleichmäßige Flüssigkeits- und Gasverteilung über den Packungsquerschnitt. Bei der Strömungsumlenkung zwischen zwei Packungsschichten, und insbesondere zwischen zwei Packungsschichten mit um einen bestimmten Winkel verdrehten Strömungskanälen, muß daher das Zusammenlaufen von Flüssigkeit entlang von Spalten bzw. der erhöhte Gasdurchsatz entlang von Spalten oder Stößen möglichst vermieden werden. Auch aus leichten Schrägstellungen der Packungsschichten können Rinnsale bzw. Flüssigkeitsfehlverteilungen resultieren. Aufgrund der Dichte und der Oberflächenspannung der Flüssigkeit ziehen schon geringe Flüssigkeitsanhäufungen weitere Flüssigkeit mit, wodurch sich Ungleichmäßigkeiten in der Verteilung zusätzlich verstärken.A decisive factor for an optimally working pack is an even liquid and gas distribution across the package cross-section. With the flow deflection between two packing layers, and in particular between two Packing layers with flow channels twisted by a certain angle, therefore, the convergence of liquid along gaps or the increased Gas throughput along gaps or bumps should be avoided if possible. Also from slight inclinations of the packing layers, rivulets or Fluid misdistribution results. Because of the density and the The surface tension of the liquid draws small amounts of liquid with additional liquid, which also causes irregularities in the distribution reinforce.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Packung der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit der auf wirtschaftliche Weise die Leistungsfähigkeit derartiger Packungen erhöht wird und die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik möglichst vermieden werden. Insbesondere sollen der Flutpunkt erhöht, die Gasströmung verbessert und Flüssigkeitsfehlverteilungen verhindert werden. Zudem soll die Packung fertigungstechnisch einfach zu realisieren sein.The present invention is therefore based on the object of a pack of to develop the type mentioned at the beginning with which the Performance of such packs is increased and the disadvantages described of the prior art are avoided as far as possible. In particular, the Flood point increases, gas flow improves and fluid misdistribution be prevented. In addition, the pack should be easy to implement in terms of production technology be.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß sich über und/oder unter einer Packungsschicht jeweils ein nicht mit der Packungsschicht verbundener Einsatz befindet, welcher Kanäle aufweist, die die Strömungsumlenkung zwischen den Packungsschichten unterstützen.This object is achieved in that above and / or below one Packing layer in each case an insert not connected to the packing layer is located, which has channels that the flow deflection between the Support packing layers.

Der Einsatz kann sowohl eine zwischen zwei Packungsschichten befindliche Zwischenschicht als auch eine unter der untersten bzw. eine über der obersten Packungsschicht angeordnete Endschicht der Packung darstellen.The insert can be one between two pack layers Intermediate layer as well as one under the bottom or one over the top Pack layer layer arranged end layer of the pack.

Üblicherweise werden die einzelnen Packungsschichten jeweils versetzt aufeinander angeordnet. Beim Übertritt des Gases von einer Packungsschicht in die nächste treten die größten Druckverluste auf und die Gefahr des Flutens ist am größten. Durch den nicht mit den Packungsschichten verbundenen Einsatz, welcher Kanäle aufweist, welche die Strömungsumlenkung zwischen den Packungsschichten unterstützen, wird die Gasströmung gleichgerichtet und Querströmkomponenten des Gases werden beseitigt. Der Einsatz ist sehr einfach herzustellen und kann mit den herkömmlichen Packungsschichten, die beispielsweise aus vielen parallelen, gewellten oder gefalzten Metallblechen bestehen, leicht kombiniert werden. Die Erfindung ermöglicht so eine Verbesserung der Strömungsumlenkung zwischen zwei Packungsschichten mit minimalem fertigungstechnischen Aufwand. The individual packing layers are usually offset from one another arranged. Step from one packing layer to the next when the gas passes the greatest pressure drops and the risk of flooding is greatest. By the insert not connected to the packing layers, which has channels, which will aid flow diversion between the packing layers the gas flow is rectified and cross flow components of the gas become eliminated. The insert is very easy to manufacture and can be used with conventional ones Packing layers, which for example consist of many parallel, corrugated or folded Metal sheets exist, can be easily combined. The invention thus enables one Improvement of the flow diversion between two packing layers with minimal manufacturing effort.

Eine besonders günstige Strömungsumlenkung wird durch einen Einsatz erzielt, der im wesentlichen senkrechte Kanäle aufweist.A particularly favorable flow deflection is achieved by using the has essential vertical channels.

In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Einsatz eine wabenartige Struktur. Die Kanäle des Einsatzes besitzen besonders vorteilhaft Strömungsquerschnitte, die die Oberfläche des Einsatzes gleichmäßig und vollständig ausfüllen, wie Dreiecke Quadrate, Rechtecke oder Sechsecke. Die Verwendung von rohrförmigen Kanälen mit kreisförmigem Querschnitt oder die Erzeugung der wabenartigen Struktur durch Aufwickeln von strukturierten Blechen kann aus fertigungstechnischer Sicht vorteilhaft sein. Es kann aber auch zweckmäßig sein, anderweitige Kanalquerschnitte zu verwenden, wenn dadurch z. B. eine bessere Einpassung des Einsatzes in die die Packung beinhaltende Kolonne erzielt wird oder wenn diese Kanäle leichter herzustellen sind.In a preferred embodiment, the insert has a honeycomb structure. The channels of the insert have particularly advantageous flow cross sections fill the surface of the insert evenly and completely, like triangles Squares, rectangles or hexagons. The use of tubular channels with circular cross section or the creation of the honeycomb structure by Winding structured sheets can be advantageous from a manufacturing point of view be. However, it can also be expedient to close other channel cross sections use if this z. B. a better fit of the insert in the Pack containing column is achieved or if these channels easier are to be produced.

Es hat sich weiterhin gezeigt, daß je nach den Verfahrensbedingungen auch eine Variation der Form, des Querschnittes und der Größe der Kanäle über den Querschnitt des Einsatzes von Vorteil ist. Auf diese Weise kann die Gas- und Flüssigkeitsströmung zwischen den Packungsschichten beispielsweise am Rand und in der Mitte der Packung unterschiedlich beeinflußt werden, um den dort herrschenden unterschiedlichen Strömungsverhältnissen Rechnung zu tragen.It has also been shown that, depending on the process conditions, a Varying the shape, cross-section and size of the channels across the cross-section is of advantage. In this way, the gas and liquid flow between the packing layers, for example at the edge and in the middle of the Pack are influenced differently to those who rule there to take into account different flow conditions.

Aufgrund von Fertigungstoleranzen treten zwischen den aufgestapelten Packungsschichten bzw. zwischen dem Einsatz und den Packungsschichten Spalten auf, die zu Flüssigkeitsfehlverteilungen führen können: Bevorzugt besitzt deshalb der Einsatz eine andere, besonders bevorzugt geringere, Festigkeit als die Packungsschichten. Unter dem Druck der übereinander liegenden Packungsschichten verformen sich die Kanten der Kanalwände des Einsatzes oder der Packungsschicht elastisch oder plastisch und führen zu einer optimalen Anpassung der Packungsschichten an den Einsatz, wodurch Spalten beseitigt werden. Entsprechend wird ein Zusammenlaufen der Flüssigkeit, wie es üblicherweise entlang von Spalten auftritt, verhindert und eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung gewährleistet. Die Trennwirkung der Packung wird somit erhöht.Due to manufacturing tolerances occur between the stacked Pack layers or columns between the insert and the pack layers that can lead to fluid misdistribution: Therefore, the Use a different, particularly preferably lower, strength than that Packing layers. Under the pressure of the overlapping packing layers the edges of the channel walls of the insert or the packing layer deform elastic or plastic and lead to an optimal adjustment of the Pack layers to the insert, which eliminates gaps. Corresponding there will be a confluence of the liquid, as is usually along gaps occurs, prevents and ensures an even distribution of fluids. The The separation effect of the pack is thus increased.

Besteht die Packungsschicht aus einer Vielzahl von Lamellen, die aus einem folienartigen Material hergestellt sind, so ist vorzugsweise die Wandstärke der Kanäle des Einsatzes geringer als die Dicke der Lamellen, um die oben genannten unterschiedlichen Festigkeiten und die damit verbundenen Vorteile zu erzielen. The packing layer consists of a large number of lamellae, which consist of one film-like material are made, so is preferably the wall thickness of the channels of use less than the thickness of the slats to the above to achieve different strengths and the associated advantages.

Die geringere Festigkeit des Einsatzes ist besonders bei solchen Packungsausführungen vorteilhaft, bei denen der hydraulische Durchmesser der Kanäle des Einsatzes größer ist als der in der Packungsschicht. Das Einknicken der Kanalwände der Packungsschicht, beispielsweise der Lamellen oder der Packungsbleche, beim Zusammenpressen bzw. Aufeinanderschichten der Packungsschichten hat einen erhöhten Strömungswiderstand zur Folge. Dies wird in dieser bevorzugten Variante verhindert, da der Einsatz eine geringere Festigkeit aufweist und deshalb als erstes nachgibt. Das Einknicken des Einsatzes ist aber weniger kritisch, da dieser aufgrund des größeren hydraulischen Durchmessers eine Verformung besser verträgt. Die Veränderung des Strömungswiderstandes ist in diesem Fall nur unwesentlich.The lower strength of the insert is particularly so Pack versions advantageous in which the hydraulic diameter of the Channels of the insert is larger than that in the packing layer. The buckling of the Channel walls of the packing layer, for example the lamellae or the Packing sheets, when pressing together or stacking the Packing layers result in increased flow resistance. This is in prevents this preferred variant because the insert has a lower strength and therefore gives in first. However, the insert buckles less critical as this is a due to the larger hydraulic diameter Resists deformation better. The change in flow resistance is in only insignificant in this case.

Vorzugsweise ist der Einsatz aus Metall hergestellt, besonders bevorzugt aus Aluminium, Kupfer oder Edelstahl, entweder in reiner Form oder in Form von Legierungen. Auch die Verwendung von Einsätzen aus Kunststoff, beispielsweise PTFE, kann zweckmäßig sein, falls das Metall korrosionsanfällig ist. Aufgrund ihrer niedrigen Entflammbarkeit kommen außerdem keramische oder glasartige Materialien, beispielsweise Nichtmetalloxide oder Gemische aus Metalloxiden und Nichtmetalloxiden, oder auch damit beschichtete Materialien in Frage. Je nach den Umgebungsbedingungen können auch kohlenstoffhaltige Materialien oder Blei sinnvoll sein.The insert is preferably made from metal, particularly preferably from Aluminum, copper or stainless steel, either in pure form or in the form of Alloys. Also the use of plastic inserts, for example PTFE, may be useful if the metal is susceptible to corrosion. Because of your low flammability also come ceramic or glass-like materials, for example non-metal oxides or mixtures of metal oxides and Non-metal oxides, or materials coated with them in question. Depending on the Environmental conditions can also make sense from carbon-containing materials or lead be.

Es ist jedoch darauf zu achten, daß die verwendeten Materialien mit den Verfahrensbedingungen verträglich sind. Beispielsweise ist beim Einsatz der erfindungsgemäßen Packung bei der Rektifikation von flüssiger Luft ein Einsatz aus miteinander verlöteten Waben aus Aluminium zweckmäßig, während miteinander verklebte Waben weniger geeignet sind.However, it must be ensured that the materials used are compatible with the Process conditions are compatible. For example, when using the Pack according to the invention in the rectification of liquid air aluminum honeycomb brazed together expediently while together glued honeycombs are less suitable.

Eine besonders gute Anpassung des Einsatzes an die Packungsschichten wird dadurch erreicht, daß der Einsatz und die Packungsschichten aus dem gleichen Material bestehen. Bei starken Temperaturänderungen oder bei chemisch reaktiven Gasen oder Flüssigkeiten werden so Form- und Strukturänderungen der Schichten und des Einsatzes, beispielsweise aufgrund von thermischer Ausdehnung, kompensiert. A particularly good adaptation of the insert to the packing layers is achieved in that the insert and the packing layers from the same Material. With strong temperature changes or with chemically reactive Gases or liquids thus change the shape and structure of the layers and use, for example due to thermal expansion, compensated.

In einer horizontalen Ebene liegt das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche der senkrechten Kanäle des Einsatzes und der Strömungskanäle der Packungsschicht bevorzugt zwischen 1 zu 16 und 16 zu 1. Innerhalb dieser Grenzen wird erfindungsgemäß eine Optimierung der Strömungsverhältnisse und der Wärme- und Stoffübertragung zwischen der Flüssigkeit und dem Gas in der Packung erzielt.In a horizontal plane, the ratio between the cross-sectional area of the vertical channels of the insert and the flow channels of the packing layer preferably between 1 to 16 and 16 to 1. Within these limits according to the invention an optimization of the flow conditions and the heat and Mass transfer achieved between the liquid and the gas in the packing.

Ist die Querschnittsfläche der senkrechten Kanäle größer als die der Strömungskanäle der Packungsschicht so wird der Druckverlust am Übergang zwischen den Schichten verringert. Eine Erweiterung des hydraulischen Durchmessers am Übergang verhindert so ein vorzeitiges Fluten der Packung, da dieses normalerweise an einem solchen Übergang beginnt. Zudem bedingt eine verringerte Oberfläche pro Volumen der Kanäle des Einsatzes gegenüber denen der Packungsschicht eine Flüssigkeitsströmung, z. B. in Form von Rieselfilmen oder Rinnsalen, mit einer erhöhten Reynoldszahl in diesem Bereich. Aufgrund dieser turbulenteren Strömung erfolgt eine verbesserte Durchmischung der Flüssigkeit vor dem Eintritt in die nächste Packungsschicht, welche sich im folgenden auf den in der Packung gewünschten Trenneffekt positiv auswirkt.The cross-sectional area of the vertical channels is larger than that of the flow channels the packing layer so the pressure loss at the transition between the layers decreased. An expansion of the hydraulic diameter at the transition prevented such a premature flooding of the pack, as this is usually due to such Transition begins. In addition, a reduced surface area per volume of the Channels of use versus those of the packing layer one Liquid flow, e.g. B. in the form of trickling films or rivulets, with a increased Reynolds number in this area. Because of this more turbulent flow there is an improved mixing of the liquid before entering the next one Packing layer, which is based on the desired in the pack Separation effect has a positive effect.

Umgekehrt wird bei einem kleineren Kanalquerschnitt im Einsatz als in der Packungsschicht in dem Einsatz eine verbesserte Strömungsgleichrichtung des Gases und der Flüssigkeit und eine vorteilhafte Beseitigung von Querströmkomponenten herbeigeführt. Fehlverteilungen werden so wirksam verhindert. Es hat sich herausgestellt, daß bei dem erfindungsgemäßen Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche der senkrechten Kanäle des Einsatzes und der Strömungskanäle der Packungsschicht von 1 zu 16 bis 16 zu 1 ein weitgehend optimaler Kompromiß zwischen diesen beiden Zielsetzungen erreicht wird.Conversely, a smaller duct cross-section is used than in the Packing layer in the use an improved flow rectification of the gas and the liquid and advantageous elimination of cross flow components brought about. This effectively prevents incorrect distributions. It has it was found that in the ratio according to the invention between the Cross-sectional area of the vertical channels of the insert and the flow channels the packing layer from 1 to 16 to 16 to 1 is a largely optimal compromise between these two objectives is achieved.

Eine Packung ist häufig neben der vertikalen Segmentierung in mehrere Packungsschichten auch horizontal innerhalb einer Packungsschicht in mehrere Packungselemente gegliedert, die jeweils eine Vielzahl von regelmäßig angeordneten Strömungskanälen besitzen. Ebenso wie zwischen den einzelnen Packungsschichten horizontale Spalten auftreten, befinden sich zwischen den einzelnen Packungselementen einer derart segmentierten Packungsschicht vertikale Stöße oder Spalten. Diese Spalten bedingen innerhalb der Packungsschicht an dieser Stelle einen erhöhten Gasdurchsatz. Dieser erzeugt wiederum unterhalb dieser Störung Querströmkomponenten, die ein Zusammenlaufen von Flüssigkeit in diesen Spalten hervorrufen können. A pack is often in addition to vertical segmentation into several Packing layers also horizontally within one packing layer in several Structured packing elements, each with a variety of regularly arranged Have flow channels. As well as between the individual pack layers horizontal columns appear, are between each Packing elements of a segmented packing layer of this type vertical shocks or Columns. These columns require one within the packing layer at this point increased gas throughput. This in turn generates below this disturbance Cross flow components that are a confluence of liquid in these columns can cause.

Von Vorteil wird daher unter eine Packungsschicht, die aus mehreren nebeneinander angeordneten Packungselementen besteht, ein erfindungsgemäßer Einsatz gelegt. In dem Einsatz wird die Gasströmung gleichgerichtet und Querströmkomponenten werden beseitigt. Das Zusammenlaufen von Flüssigkeit wird so wirksam verhindert.It is therefore advantageous to have a packing layer consisting of several side by side arranged packing elements, an insert according to the invention is placed. In the gas flow is rectified in use and crossflow components will be eliminated. This effectively prevents liquid from running together.

Es hat sich als günstig erwiesen, die senkrechten Kanäle des Einsatzes, insbesondere der unter der untersten Packungsschicht angeordneten Endschicht, zumindest teilweise durch Öffnungen miteinander zu verbinden. Die Öffnungen oder Aussparungen in Form von Löchern, Spalten, Kerben oder Schlitzen verhindern ein Zusammenlaufen von Flüssigkeit unterhalb der untersten Packungsschicht. Diese Ausgestaltung ist auch zwischen den einzelnen Packungsschichten insbesondere dann zweckmäßig, wenn beim Zusammensetzen der Packung der Anpreßdruck zum Beseitigen aller Spalte zwischen den Packungsschichten nicht ausreicht.It has proven beneficial to use the vertical channels, in particular the final layer located under the lowest packing layer, at least partially connected to each other through openings. The openings or Cutouts in the form of holes, crevices, notches or slots prevent one Confluence of liquid below the bottom packing layer. This The configuration is also particularly between the individual packing layers then expedient if the contact pressure when assembling the pack Eliminating all the gaps between the packing layers is not sufficient.

Der erfindungsgemäße Einsatz wird bevorzugt dann eingesetzt, wenn zumindest eine Packungsschicht aus einer Vielzahl gewellter oder gefalteter Lamellen besteht, die aus einem folienartigen Material hergestellt sind.The use according to the invention is preferably used when at least one Packing layer consists of a large number of corrugated or folded lamellae, which are made of are made of a sheet-like material.

Neben der Beseitigung von Querströmkomponenten und der Gleichrichtung der Gasströmung werden die Kanäle des Einsatzes vorteilhaft so ausgeführt, daß weitere aerodynamische und/oder fluidmechanische Parameter positiv beeinflußt werden. In diesem Zusammenhang hat es sich als günstig erwiesen, die untere und die obere Querschnittsfläche eines senkrechten Kanals gegeneinander zu verdrehen. Durch die im wesentlichen senkrechte Ausrichtung der Kanäle werden die oben genannten Vorteile bezüglich der Gleichrichtung der Strömung beibehalten, aber zudem wird der Gas- und/oder Flüssigkeitsströmung durch die Verdrillung der Kanäle eine Rotationsbewegung aufgezwungen, die zu einer besseren Durchmischung des Gases bzw. der Flüssigkeit führt.In addition to eliminating cross flow components and rectifying the Gas flow, the channels of the insert are advantageously carried out so that more aerodynamic and / or fluid mechanical parameters are positively influenced. In In this context it has proven to be favorable, the lower and the upper Cross-sectional area of a vertical channel to twist against each other. Through the essentially vertical orientation of the channels are the above Maintain flow straightening benefits, but also the Gas and / or liquid flow due to the twisting of the channels Rotational movement imposed, which leads to better mixing of the gas or the liquid leads.

Auch die Strukturierung der Kanalwände oder eines Teils der Kanalwände des Einsatzes hat sich in diesem Sinne als positiv erwiesen. Gewellte, gefalzte, geriffelte, rippenartige oder rauhe Kanalwände wirken sich günstig auf die Flüssigkeitsdurchmischung und die Grenzflächenerneuerung der Flüssigkeit aus. Bei größeren Kanaldurchmessern können auch Turbulenzen erzeugende Einbauten in den Kanälen des Einsatzes zweckmäßig sein, jedoch sind hierbei auch die damit einhergehenden höheren Druckverluste zu berücksichtigen. The structuring of the channel walls or part of the channel walls of the In this sense, commitment has proven to be positive. Corrugated, folded, corrugated, rib-like or rough channel walls have a favorable effect on the Liquid mixing and the interface renewal of the liquid. At Larger duct diameters can also create turbulence-generating internals in the Channels of use may be appropriate, but this is also the case here associated higher pressure losses.

Die erfindungsgemäße Packung und deren Ausgestaltungen haben sich insbesondere bei der Verwendung in einer Rektifiziersäule einer kryogenen Luftzerlegungsanlage als vorteilhaft herausgestellt.The pack according to the invention and its configurations have in particular when used in a rectification column of a cryogenic air separation plant as emphasized advantageous.

Nachfolgend sollen die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung anhand der schematisch dargestellten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert werden.The invention and further details of the invention are described below with reference to the schematically illustrated drawings are explained in more detail by way of example.

Es zeigen im einzelnen:The individual shows:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Packung mit zwei Packungsschichten und einem dazwischen angeordneten Einsatz. Fig. 1 shows a section of a pack according to the invention with two packing layers and an insert arranged between them.

Fig. 2 einen Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Packung in der Ebene X. Fig. 2 shows a section through the pack shown in Fig. 1 in the plane X.

Fig. 3 eine Packung mit einer segmentierten Packungsschicht gemäß dem Stand der Technik. Fig. 3 shows a pack with a segmented packing layer according to the prior art.

Fig. 4 eine Packung mit einer segmentierten Packungsschicht gemäß der Erfindung. Fig. 4 shows a pack with a segmented pack layer according to the invention.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Packung gezeigt, wie sie in einer Rektifiziersäule einer kryogenen Luftzerlegungsanlage Verwendung findet. Die Packung besteht aus mehreren Packungsschichten, von denen beispielhaft zwei Packungsschichten 1 und 2 dargestellt sind. Jede Packungsschicht ist aus einer Vielzahl von gefalteten oder gewellten Packungsblechen zusammengesetzt, die Strömungskanäle bilden, welche schräg zur Vertikalen verlaufen. Die Packungsschichten 1 und 2 sind so übereinander angeordnet, daß die Strömung beim Übergang zwischen den Packungsschichten 1 und 2 in eine um 90° gedrehte Richtung umgelenkt wird.In Fig. 1 a section is shown of the inventive package, as is used in a rectification column of a cryogenic air separation plant. The pack consists of several pack layers, of which two pack layers 1 and 2 are shown as examples. Each packing layer is composed of a multiplicity of folded or corrugated packing sheets, which form flow channels which run obliquely to the vertical. The packing layers 1 and 2 are arranged one above the other in such a way that the flow is deflected in a direction rotated by 90 ° during the transition between the packing layers 1 and 2 .

Zwischen den beiden Packungsschichten 1 und 2 befindet sich ein Einsatz 3, der senkrechte Kanäle 4 aufweist. Der Einsatz 3 besitzt eine wabenförmige Struktur und ist aus regelmäßigen Sechsecken aufgebaut (Fig. 2). Die Querschnittsfläche einer derartigen Wabe 4 entspricht in etwa der Projektionsfläche der Strömungskanäle der Packungsschichten 1 und 2 in die Horizontale. Neben dem gezeigten Einsatz 3 sind auch zwischen allen übrigen Packungsschichten, zwischen der untersten Packungsschicht und dem Tragrost und auch auf der obersten Packungsschicht solche Einsätze 3 angeordnet.Between the two packing layers 1 and 2 there is an insert 3 which has vertical channels 4 . The insert 3 has a honeycomb structure and is made up of regular hexagons ( FIG. 2). The cross-sectional area of such a honeycomb 4 corresponds approximately to the projection area of the flow channels of the packing layers 1 and 2 into the horizontal. In addition to the insert 3 shown, such inserts 3 are also arranged between all the other packing layers, between the bottom packing layer and the supporting grate and also on the top packing layer.

In Fig. 3 ist schematisch ein Ausschnitt aus einer aus dem Stand der Technik bekannten Packung dargestellt. Diese Packung ist gegenüber der in Fig. 1 beschriebenen Packung zusätzlich zu der vertikalen Segmentierung in verschiedene Packungsschichten 1, 2 noch innerhalb einer Packungsschicht 2 in entsprechende, nebeneinander angeordnete Packungselemente 6, 7 aufgeteilt.In Fig. 3 a section is shown of a device known from the prior art pack schematically. Compared to the pack described in FIG. 1, this pack is divided into different pack layers 1 , 2 , in addition to the vertical segmentation, within a pack layer 2 into corresponding pack elements 6 , 7 arranged next to one another.

Aufgrund von Fertigungstoleranzen entsteht zwischen den Packungselementen 6 und 7 ein Spalt 8. Bei den herkömmlichen Packungen treten beim Übergang der Gasströmung aus der unteren Packungsschicht 1 in die darüberliegende Packungsschicht 2 Querströmkomponenten auf, die einen erhöhten Gasdurchsatz an diesem Spalt 8 bedingen. Auch relativ weit von dem Spalt 8 aus der unteren Packungsschicht 1 austretende Gasströme 11 und 12 werden in den Spalt 8 abgelenkt. Zudem wird durch diese Querströmkomponenten zwischen den Packungsschichten 1 und 2 ein Zusammenlaufen von Flüssigkeit hervorgerufen. Beide Effekte führen zu einer Fehlverteilung von Gas und Flüssigkeit und damit zu einer Reduzierung des Trenneffektes in der Packung.Due to manufacturing tolerances, a gap 8 is created between the packing elements 6 and 7 . In the case of the conventional packings, crossflow components occur at the transition of the gas flow from the lower packing layer 1 into the packing layer 2 above, which cause an increased gas throughput at this gap 8 . Gas flows 11 and 12 emerging from the lower packing layer 1 relatively far from the gap 8 are also deflected into the gap 8 . In addition, these cross-flow components between the packing layers 1 and 2 cause liquid to flow together. Both effects lead to an incorrect distribution of gas and liquid and thus to a reduction in the separation effect in the package.

Fig. 4 zeigt eine segmentierte Packung gemäß der Erfindung, die in einer Packungsschicht 2 aus mehreren Packungselementen 6, 7 besteht. Zwischen den Packungsschichten 1 und 2 befindet sich zusätzlich ein Einsatz 3. Der Einsatz 3 kann in der wie bei Fig. 1 beschriebenen Weise als gleichmäßige Wabenstruktur ausgebildet sein. Es kann aber auch sinnvoll sein, die Querschnittsfläche der Waben 4 im Bereich des Spaltes 8 kleiner als im restlichen Bereich zu wählen. In beiden Fällen wird in der Nähe des Spaltes 8 eine verstärkte Gleichrichtung der Strömung erreicht. Lediglich die in unmittelbarer Nähe des Spaltes 8 aus der unteren Packungsschicht 1 austretenden Gasströme 13, 14 werden teilweise in den Spalt 8 abgelenkt. Gas- und Flüssigkeitsfehlverteilungen werden so im wesentlichen vermieden. Besitzen die übrigen, nicht in der Nähe des Spaltes 8 befindlichen Strömungskanäle 4 des Einsatzes 3 einen größeren Querschnitt, so werden die Druckverluste des Gases möglichst niedrig gehalten. Fig. 4 shows a segmented pack according to the invention which consists in a pack layer 2 of a plurality of packing elements 6, 7. There is also an insert 3 between the packing layers 1 and 2 . The insert 3 can be designed as a uniform honeycomb structure in the manner described in FIG. 1. However, it can also make sense to select the cross-sectional area of the honeycomb 4 in the area of the gap 8 to be smaller than in the rest of the area. In both cases, an increased rectification of the flow is achieved in the vicinity of the gap 8 . Only the gas streams 13 , 14 emerging from the lower packing layer 1 in the immediate vicinity of the gap 8 are partially deflected into the gap 8 . Gas and liquid misdistribution are essentially avoided. If the remaining flow channels 4 of the insert 3 , which are not in the vicinity of the gap 8, have a larger cross section, the pressure losses of the gas are kept as low as possible.

Claims

1. Ordered packing for the mass and heat exchange between liquid and gaseous media, which has a plurality of packing layers arranged one above the other, which have a plurality of regularly arranged flow channels, characterized in that there is above and / or below a packing layer ( 1 , 2 ) in each case there is an insert ( 3 ) which is not connected to the packing layer ( 1 , 2 ) and which has channels ( 4 ) which support the flow deflection between the packing layers ( 1 , 2 ).

2. Pack according to claim 1, characterized in that the insert ( 3 ) has essentially vertical channels ( 4 ).

3. Pack according to one of claims 1 or 2, characterized in that the insert ( 3 ) has a honeycomb structure ( 4 ).

4. Pack according to one of claims 1 to 3, characterized in that the insert ( 3 ) has a different strength than the packing layers ( 1 , 2 ).

5. Pack according to claim 4, characterized in that the insert ( 3 ) has a lower strength than the packing layers ( 1 , 2 ).

6. Pack according to one of claims 1 to 5, characterized in that the insert ( 3 ) and the packing layers ( 1 , 2 ) consist of the same material.

7. Pack according to one of claims 1 to 6, characterized in that in a horizontal plane the ratio between the cross-sectional area of the vertical channels ( 4 ) of the insert ( 3 ) and the flow channels of the packing layer ( 1 , 2 ) between 1 to 16 and 16 to 1.

8. Pack according to one of claims 1 to 7, characterized in that at least one packing layer ( 2 ) consists of a plurality of packing elements ( 6 , 7 ) arranged side by side, which have a plurality of regularly arranged flow channels.

9. Pack according to one of claims 1 to 8, characterized in that the vertical channels ( 4 ) of the insert ( 3 ) are at least partially connected to one another by openings.

10. Pack according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least one packing layer ( 1 , 2 ) consists of a plurality of corrugated or folded slats, which are made of a film-like material.

11. Pack according to one of claims 1 to 10, characterized in that the lower and the upper cross-sectional area of a vertical channel ( 4 ) are rotated against each other.

12. Pack according to one of claims 1 to 11, characterized in that the channel walls of the insert ( 3 ) are structured, corrugated, folded, corrugated, rib-like or rough.

13. Package according to one of claims 1 to 12, characterized in that the Pack installed in a rectification column of a cryogenic air separation plant is.

14. Use of the pack according to one of claims 1 to 13 for rectification of air.